CANDU

CANDU-reaktorin periaatepiirros: Ensiöpiiri on merkitty keltaisella ja oranssilla. Toisiopiiri on merkitty sinisellä ja punaisella. Viileä raskas vesi reaktoriastiassa on merkitty pinkillä.

Numeroitujen osien selitykset alla

1	Polttoainekapseli	8	Polttoaineen siirtolaitteet
2	Raskaalla vedellä täytetty matalapaineinen reaktoriastia	9	Raskasta vettä hidastimena
3	Säätösauvat	10	Korkeapaineinen putki
4	Korkeapaineinen raskaan veden varasto	11	Turbiiniin menevä höyry
5	Höyrystin	12	Turbiinista palaava jäähdytetty vesi
6	Kevyen veden pumppu	13	Reaktorirakennus
7	Raskaan veden pumppu

Canadian Deuterium Uranium Reactor eli CANDU on raskasvesireaktorityyppi, jossa jäähdytin- ja hidastinaineena ensiöpiirissä on raskas vesi (dideuteriumoksidi D₂O). Muiden raskasvesireaktoreiden tapaan tämän reaktorityypin etuna on, että polttoaineena voidaan käyttää isotooppisesti rikastamatonta luonnonuraania, joka on kevytvesireaktoreihin sopimatonta, sisältäen lähes pelkästään uraanin ²³⁸U isotooppia. Tässäkään reaktorityypissä ²³⁸U ei pääasiallisesti osallistu fissioon, vaan luonnonuraanin 0,7 % ²³⁵U osuus, hajoaa tytärytimiksi vapauttaen energiaa. Raskas vesi hidastaa fissiossa vapautuvia neutroneja enemmän kuin tavallinen "kevytvesi" (divetyoksidi H₂O) lisäksi se absorboi vähemmän vapaita neutroneja. Näin ollen fissiolle suotuinen todennäköisyys eli vaikutusala kasvaa ja fissiilit nuklidit fissioituvat myös pienemmillä isotooppirakastusasteilla aina luonnolliseen 0,7 % asti. Koska vaikutusala fissiolle on suurempi myös U-238 ja muut epäfissiilit transuraanit voivat hajota korkeammalla todennäköisyydellä CANDU-reaktorissa, tuottaen energiaa, mutta polttoaineen epäpuhtaudet vähentävät fissioiden määrää ja siten tehoa ja hyötysuhdetta. CANDU on hyötöreaktori, se tuottaa fissiilejä Pu-239 -nuklideja epäfissiileistä U-238-nuklideista neutronikaappauksen ja transmutaation seurauksena (vastaavasti kuin kevytvesireaktori). Plutoniumia syntyy kuitenkin enemmän kuin kevytvesireaktorissa, koska U-238 -isotooppinen osuus polttoaineessa on suurempi, ja neutronikaappauksen todennäköisyys on suurempi. Osa Pu-239:stä osallistuu sitten fissioon ja energiantuotantoon ja osa poistuu reaktorista polttoainehuollon yhteydessä. Raskasvesireaktori on siten hyödyllisempi ydinasemateriaalin tuotannossa kuin kevytvesireaktori. Lisäetuina ovat välttyminen suuren reaktoripaineastian rakentamiselta ja mahdollisuus polttoainesauvojen siirtoon reaktorin toimintaa keskeyttämättä.

Raskasvesireaktoreissa raskaan veden (dideuteriumoksidi D₂O) käyttö on näille reaktoreille erityinen suuri pääomakustannus, sillä deuteriumia esiintyy merivedessä suhteellisen vähän, ja raskaan veden tuottaminen merivedestä on siksi kallista.

Useimmista muista raskasvesireaktoreista poiketen CANDU-reaktorissa on korkeapaineisen reaktoriastian kokoa pienentämällä pyritty huokeampaan reaktorikuoren rakenteeseen ja mahdollisten raskaan veden vuotojen aiheuttaman hukan minimoimiseen. Mahdollisen vuodon merkitys ympäristölle olisi vähäinen, mutta taloudellinen merkitys voimalalle suuri. Suurin osa CANDU-reaktorissa tarvittavasta raskaasta vedestä on matalapaineisessa ja viileämmässä neutronihidastimessa.

Loput raskaasta vedestä kiertää reaktorin korkeapaineisessa ensiöpiirissä. Korkeapaineinen raskas vesi kiertää reaktorissa noin 110 baarin paineessa, siirtyy sieltä noin 320 °C:n lämpötilassa lämmönvaihtimeen, ja palaa jäähtyneenä reaktoriin. Turbiinin ja lauhduttimen kautta kiertää tavallinen toisiopiirin kevyt vesi (divetyoksidi H₂O), joka höyrystetään reaktorivesikierron lämmöllä lämmönvaihtimessa. CANDU-reaktoreita on 21, joista 16 alkuperämaassa Kanadassa.

Aiheesta muualla

• Kanadan ydinteknisen yhdistyksen lyhyt kuvaus CANDUsta (Arkistoitu – Internet Archive) (pdf) (englanniksi)